The effect if Vascular Endothelial Growth factor on Human Melanocyte

Abstract

[한글]혈관내피형성성장인자(vascular endothelial growth factor)는 주로 표피 각질형성세포에서 형성되어서 분비되는 혈관 형성에 기여하는 성장 인자이다. 멜라닌세포는 이에 대한 수용체를 발현하고 있어 각질형 성세포에서 분비하는 혈관내피성장인자의 영향을 받을 가능성을 제시하고 있으나 그 영향에 대한 연구는 구체화되지 않았다. 동양인에게서 흔한 색소성 병변의 하나인 기미 병변에서 관찰되는 혈관의 증식과 혈관내피성장인자의 과발현은 혈관내피성장인자의 혈관 형성에 기여하는 것 이외에 직접적으로 색소 형성에 기여할 가능성을

생각해 볼 수 있다. 이번 연구에서는 혈관내피형성성장인자가 직접 적으로 멜라닌 세포 및 멜라닌 세포에 미치는 다양한 영향에 대해

살펴보고자 한다. 색소가 증가하는 과정은 직접적으로 멜라닌 과립

의 증가, 멜라닌 세포의 증식, 멜라닌 과립을 효과적으로 전달할 수

있도록 dendicity의 증가, 멜라닌 세포에서 각질형성세포로의 멜라닌

소체의 전달 증가로 요약할 수 있다. 이번 연구는 이 과정들에 혈관

내피형성성장인자가 미치는 영향과 이 과정에서 관여할 수 있는 세

포 내 신호전달과정에 대해서 살펴보고자 하였다. 멜라닌 증식에

미치는 직접적인 영향을 혈관내피형성성장인자 처리 후 멜라닌 세

포의 수의 관찰과 MTT assay를 통하여 관찰하였고 , 직접적으로 멜

라닌 과립의 증가를 측정하였다. 또한 멜라닌 세포의 형태 변화를

관찰하여 혈관내피형성인자가 멜라닌세포의 dendricity에 미치는 영

향을 알아보았다. 멜라닌형성과정의 대표적인 지표인 tyrosinase와

MITF의 발현량을 관찰하여 멜라닌형성에 미치는 과정을 분자적인

측면에서 알아보았다. 멜라닌 세포가 만들어낸 멜라닌 소체는 궁극

적으로 각질형성세포에 전달됨으로써 전체적인 색소형성에 관여하

게 된다. 혈관내피형성성장인자 처리 후 멜라닌세포에서 각질형성세

포로의 멜라닌 소체의 전달 정도를 관찰하였고 이러한 전달과정에 기여한다고 알려져 있는 PAR-2( Protease activated receptor -2) 의 발현을 기미 병변과 혈관내피형성인자를 처리한 각질형성세포에서의 변화를 통해 관찰하였다. 이러한 모든 과정에 관여할 것으로 생각되는

세포 내 신호전달체계를 알기 위해 멜라닌 세포에 혈관내피형성인

자 처리 후 cAMP 의 변화 정도, intracellular calcium level의 변화

phosphorylated Erk의 발현을 측정하였다. 이러한 모든 실험이 혈관내

피형성성장인자 특이 발현임을 이에 대한 중화 항체를 사용함으로

확인하였다.

이 연구를 통해 혈관내피형성성장인자는 혈관내피세포가 아닌 세

포 중의 하나이며 이에 대한 수용체를 함유한 멜라닌세포에 영향을

미침을 할 수 있었으며 이는 기존에 알려진 혈관내피형성성장인자

의 혈관 형성 외 또 하나의 새로운 역할을 함을 시사한다. 혈관내피

형성성장인자는 멜라닌세포의 증식을 촉진하며 이는 멜라닌 과립의

증가를 보이게 된다. 멜라닌 과립을 효과적으로 멜라닌 세포 내에서

전달하거나 각질형성세포로 전달하기 위해서는 멜라닌 세포가 형태

학적으로 dendrite가 증가하여야 하는데 혈관내피형성성장인자는 이

또한 증가시킴을 알 수 있다. 혈관내피형성성장인자는 멜라닌형성에 중요한 기전인 MITF 및 tyrosinase의 발현을 증가시키는 효과를 보

인다. 멜라닌이 증가되는 마지막 단계로 생각되는 멜라닌세포에서

각질형성세포로의 멜라닌 소체의 전달 증가 또한 혈관내피형성성장

인자에 의해 유도되며 이 과정은 혈관내피형성인자가 각질형성세포

의 PAR-2의 발현을 증가시키는 과정이 연관되었을 것으로 관찰되었

으며 실제 기미 환자의 병변에서도 PAR-2의 발현이 증가됨을 통해

이의 연관성을 유추할 수 있었다. 이러한 일련의 과정에 관여하는

세포 내 신호 전달체계는 cAMP signaling, Ca signaling 그리고 MAP

kinase pathway 로 생각되나 구체적인 과정은 향후 추가실험을 통해

서 밝혀야 할 것이다. 이 연구를 통해서 정확한 기전이 알려져 있지

않은 기미의 병인의 하나로 혈관내피형성인자를 고려할 수 있게 되

었다. 기미에서 관찰되는 증가된 멜라닌 세포 수의 증가.. dendrite 의 증가. 멜라닌 소체의 전달 증가는 이번 연구에서 밝혀진 바와 같이

혈관내피형성성장인자에 의해서도 유도되며 임상적으로 관찰되는

기미 병변에서의 혈관의 증가와 색소의 증가 모두를 유도할 수 있

다는 측면에서 그 중요성을 강조할 수 있으며 이는 향후 기미의 치

료의 새로운 방법으로 직접적, 간접적으로 혈관내피형성성장인자의 역할을 감소시키는 방법들을 제시할 수 있게 된다. . 또한 기미 병변

에서 관찰되는 PAR-2의 발현 증가는 향후 PAR-2의 역할을 감소시키

는 치료 제재들의 중요성을 제시하는 바이다.

[영문]VEGF (Vascular endothelial growth factor) is a major angiogenetic factor expressed and secreted by epidermal keratinocytes. Melanocyte also expresses the VEGF receptors suggesting paracrine effects of keratinocyte derived VEGF on melanocyte. Melasma is a common acquired symmetrical hypermelanosis characterized by irregular light-brown to gray-brown macules and patches on the sun-exposed areas of the skin. An increased vascularity is the one of the major findings in melasma .VEGF (vascular endothelial growth factor) has been considered as a major angiogenetic factor in the lesion of melasma. We want to know that VEGF which is the representative angiogenic factor, can also directly induce the melanogenesis and which signaling cascades are involved thorough VEGF. We evaluated the effects of VEGF on melanogenesis(expression of tyrosinase and MITF), proliferation and dendricity of human primary melanocyte and the melanin transfer from melanocyte to keratinocyte. We analyzed the VEGF effect on the proliferation of human primary melanocyte using cell counting and MTT assay and the increasing of dendricity. We also measured the melanin contents which induced by VEGF treatment. Western blotting for tyrosinase and MITF was used to detect the effect of VEGF on the melanogenesis. To evaluate the mechanisms related to the VEGF mediated effect on the melanocyte , cAMP and intracellular calcium level and phosphorylated Erk were measured. In addition to melanogenesis, the change of melanin transfer from melanocyte and keratinocyte by VEGF was measured by confocal microscopy using melanocyte and keratinocyte co-culture system.VEGF might be the growth factor for melanocyte which is non-angiogenic cell that expresses VEGFR2(vascular endothelial growth factor receptor 2). It also affected on the melanin production and the increasing of dendricity. VEGF stimulated the melanin synthesis through the up regulation of MITF and tyrosinase expression. The signaling pathway of VEGF induced melanogenesis involved various cascades such as the cAMP signaling, calcium signaling and MAP kinase pathway. VEGF also has an affect on the melanin transfer which might be mediated by the up-regulated PAR-2(protease activated receptor-2) on keratinocyte. This report suggests that keratinocyte derived VEGF in the skin of melasma patient can act not only on the increased vascularity which was shown in clinical expression of melasma, but also directly on the melanogenesis of melanocyte by paracrine effect. We also examined the function of VEGF as a melanogen in conjugation with its mitogenic properties in human epidermal melanocyte. These data suggested the possible use of VEGF can be the new target of molecule for melasma treatment.